Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho chiếu sáng quận lê chân

kỹ thuật

1 LỜI MỞ ĐẦU Chiếu sáng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống hiện nay, nếu thiếu ánh sáng con ngƣời chìm trong bóng tối, mọi công việc và sinh hoạt trong đời sống sẽ hết sức khó khăn. Trong công cuộc đổi mới đất nƣớc song song với quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa thì việc xây dựng cơ sở hạ tầng cũng đƣợc tiến hành. Nền kinh tế nƣớc ta đang phát triển nhanh chóng yêu cầu chiếu sáng ở các đô thị, khu công nghiệp xa lộ, công trình văn hóa, thể thao, khu vui chơi giải trí rất cần thiết. Chính do những yêu cầu này, đòi hỏi các nhà kỹ thuật, mỹ thuật, nhà khoa học phải nghiên cứu, tìm hiểu để tạo ra các sản phẩm chiếu sáng đáp ứng đƣợc nhu cầu này. Thiết kế chiếu sáng với hiệu suất cao, tiết kiệm điện là một công việc làm khó. Nó không những đáp ứng đƣợc đơn thuần về chiếu sáng mà còn phải đáp ứng đƣợc yêu cầu về kỹ thuật nhƣ: mức độ tiện nghi, đảm bảo độ rọi, không bị chói, lóa. Ngoài ra còn phải có tính thẩm mỹ và có tính kinh tế cao. Đề tài: "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho chiếu sáng - Quận Lê Chân" do cô giáo Thạc sĩ Đỗ Thị Hồng Lý đã đƣợc thực hiện với các nội dung nhƣ sau: Chƣơng 1: Khái niệm chung về chiếu sáng đô thị Chƣơng 2: Đánh giá hiện trạng và thiết kế chiếu sáng cho một số tuyến đƣờng chính của quận Lê Chân. Chƣơng 3: Thiết kế cấp điện cho chiếu sáng đô thị quận Lê Chân. 2 CHƢƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ Hệ thống chiếu sáng đô thị là một công trình kỹ thuật có kiến trúc hạ tầng, bao gồm các trạm biến áp, các tủ điều khiển, cáp, dây dẫn, cột và đèn .Đƣợc thiết kế xây dựng và tổ chức thành hệ thống độc lập để đảm bảo cho việc vận hành, sửa chữa đƣợc an toàn và hiệu quả. 1.1.CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN. Các tiêu chuẩn chiếu sáng đƣờng bộ thực chất đòi hỏi cho phép một tri giác nhìn nhanh chóng, chính xác và tiện nghi cụ thể: Độ chói trung bình của mặt đƣờng do ngƣời lái xe quan sát khi nhìn mặt đƣờng ở tầm xa 100m khi thời tiết khô. Mức yêu cầu phụ thuộc vào loại đƣờng (mật độ giao thông, tốc độ, vùng đô thị hay nông thôn. . .) trong các điều kiện làm việc bình thƣờng. * Mặt đƣờng đƣợc xét đến đƣợc quan sát dƣới góc 0,50 đến 1,50 và chải dài từ 60 đến 170m trƣớc ngƣời quan sát. Hình 1.1. Mắt ngƣời quan sát với mặt đƣờng. * Độ đồng đều phân bố biểu kiến của độ chói lấy ở các điểm khác nhau của bề mặt. Độ chói không giống nhau theo mọi hƣớng (sự phản xạ không phải là vuông góc mà là phản xạ hỗn hợp), điều quan trọng là chỉ rõ hình dạng "lƣới" của chỗ quan sát. 3 * Nói chung trên đƣờng giao thông ngƣời ta đƣa ra hai điểm đo theo chiều ngang và một tập hợp cách nhau gần 5m giữa các cột đèn đối với số lần đo theo chiều dọc. * Hạn chế lóa mắt không tiện nghi, nguồn cản trở và sự mệt mỏi do số lƣợng và quang cảnh của các đèn xuất hiện trong thị trƣờng, liên quan đến độ chói trung bình của con đƣờng. * Do đó ngƣời ta định nghĩa một "chỉ số lóa mắt" G (Glare index) chia theo thang từ 1 (không chịu đƣợc) đến 9 (không cảm nhận đƣợc) và cần phải giữ ít nhất ở mức 5 (chấp nhận đƣợc). * Hiệu quả dẫn hƣớng nhìn khi lái phụ thuộc vào vị trí của các điểm sáng trên các đƣờng cong, loại nguồn sáng trên một tuyến đƣờng và tín hiệu báo trƣớc những nơi cần chú ý (đƣờng vòng, chỗ thu thuế đƣờng, ngã tƣ .) cũng nhƣ các lối vào của con đƣờng. 1.2. CÁC CẤP CHIẾU SÁNG. Đối với các tuyến đƣờng mô quan trọng, C.I.E xác định 5 cấp chiếu sáng khi đƣa ra các giá trị tối thiểu phải thỏa mãn với chất lƣợng phục vụ. Cần chú ý sự khác nhau của công thức hệ số đồng đều: giá trị của U 0 từ 0,4 có thể đảm bảo tri giác nhìn chính xác khi nhìn mặt đƣờng thấy phong cảnh thấp thoáng, còn gọi là "hiệu ứng bậc thang". Nếu độ đồng đều theo chiều dọc U 1 lớn hơn 0,7 hiệu ứng này không còn nữa. Tất nhiên, do sự già hóa của thiết bị, các chuyên viên thiết kế phải tăng độ chói trung bình khi vận hành cũng giống nhƣ trƣờng hợp chiếu sáng trong nhà. 4 Bảng 1.1. Các cấp chiếu sáng tƣơng ứng với loại đƣờng. Cấp Loại đƣờng Mốc Độ chói trung bình cd/m 2 L tb Độ đồng đều nói chung tb L L U min 0 Độ đồng đều chiều dọc max min 1 L L U Chỉ số tiện nghi G A Xa lộ Xa lộ cao tốc 2 0,4 0,7 6 B Đƣờng cái Đƣờng hình tia Sáng Tối 2 1 đến 2 0,4 0,7 5 6 C Thành phố hoặc đƣờng có ít ngƣời đi bộ Sáng Tối 2 1 0,4 0,7 5 6 D Các phó chính Các phố buôn bán Sáng 2 0,4 0,7 4 E Đƣờng vắng Sáng Tối 1 0,5 0,5 4 5 1.3. CÁC PHƢƠNG ÁN BỐ TRÍ ĐÈN. 1.3.1. Bố trí đèn ở một bên đƣờng. Đó là trƣờng hợp đƣờng tƣơng đối hẹp hoặc một phía có hàng cây hoặc chỗ uốn cong. Trƣờng hợp này sẽ bố trí đèn ở ngoài chỗ uốn khúc để đảm bảo hƣớng tầm nhìn cho phép đánh giá tầm quan trọng chỗ rẽ. Sự đồng đều của độ rọi đƣợc đảm bảo bằng giá trị h 1. 5 Hình 1.2. Bố trí đèn ở một bên đƣờng. 1.3.2. Bố trí đèn hai bên so le. Dành cho đƣờng hai chiều, độ rọi nói chung sẽ đều hơn nhƣng phải tránh uốn khúc. Sự đồng đều của độ chói ngang đòi hỏi độ cao của đèn h 2/31. Hình 1.3. Bố trí đèn ở hai bên so le. 1.3.3. Bố trí đèn hai bên đối diện. Đối với các đƣờng rộng hoặc khi đảm bảo độ cao nhất định của đèn, sự đồng đều của độ chói ngang cần thiết có h 0,51. Hình 1.4. Bố trí đèn ở hai bên đƣờng song song. 1.3.4. Bố trí đèn theo trục của đƣờng Đƣợc sử dụng trong trƣờng hợp đƣờng đôi có phân cách ở giữa, sự bố trí nhƣ vậy chỉ cho phép sử dụng một cột có hai đầu nhô ra, đồng thời cũng là đƣờng cung cấp điện. Hình 1.5. Bố trí đèn trên dải phân cách. 6 1.4. CÁC LOẠI ĐÈN SỬ DỤNG TRONG CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ. 1.4.1. Đèn hơi natri áp suất thấp. Đèn hơi dạng ống, đôi khi ống dạng hình chữ U, chứa natri (khi nguội ở trạng thái giọt) trong khi neon cho phép mồi ống (ánh sáng đỏ - da cam) và bay hơi natri. Các đặc trƣng của đèn: - Hiệu quả phát sáng có thể đạt tới 1901m/W, vƣợt xa các nguồn sáng khác. - Chỉ số màu bằng không do sự tỏa tia hầu nhƣ là đơn sắc. - Tuổi thọ lý thuyết bằng 8000 giờ. Ứng dựng: - Dành cho các trƣờng hợp thể hiện màu không quan trọng, khái niệm về sồ lƣợng quan trong hơn chất lƣợng. Chiếu sáng rất kinh tế đối với các loại đƣờng nhƣ: đƣờng xa lộ, đƣờng hâm, chỗ đậu xe, các kênh đào các cửa sông . 1.4.2. Đèn hơi natri áp suất cao. Đèn phóng điện có kích thƣớc giảm đáng kể để duy trì nhiệt độ, áp suất và đƣợc làm bằng thủy tinh alumin, thạch anh bị ăn mòn bởi Na. Ống đặt trong bóng hình quả ứng hay hình ống có đui xoáy. Các đặc trƣng của đèn: - Hiệu quả ánh sáng có thể đạt tới 120 (lm/W). - Chỉ số màu xấu (R a = 20), nhƣng bù lại đèn có nhiệt độ màu thấp, dễ chịu ở mức độ rọi thấp. - Nhiệt độ màu từ 2000 đến 2500K. - Tuổi thọ lý thuyết là 10.000 giờ. Ứng dụng: - Đƣợc dùng chủ yếu để chiếu sáng ngoài trời, các khu vực cần vận chuyển nhƣ đƣờng phố, bến đỗ xe lớn, các gầm cầu và bên trong các tòa nhà hay các xƣởng công nghiệp nặng. 7 1.4.3. Đèn hơi thủy ngân. Bóng đèn thủy ngân áp lực cao là một nguồn sáng điện tƣơng đối mới, có hiệu suất phát sáng cao. Khi phóng điện trong hơi thủy ngân có áp suất cao giữa 1at và 10at trong ánh sáng nhìn thấy có bốn vạch chính (400,430, 540 và 560nm), mặc dù cho ánh sáng trắng song không đảm bảo sự thể hiện màu tốt. Về cấu tạo hiện nay có hai loại: - Loại có bộ phận chân lƣu đặt bên trong. - Loại có bộ phận chấn lƣu đặt bên ngoài. Đặc trƣng của đèn: . Hiệu quả ánh sảng từ 40 dền 60 lm/W - Chỉ số màu là 50 ở 4000K và 60 đối với sêri "cao cấp" ở 3300 K - Tuổi thọ lý thuyết 10000 giờ Ứng dụng - Sử dụng trong chiếu sang ngoài trời và trong các sở công nghiệp lớn. Trong chiếu sáng đô thị (chủ yếu là chiếu sáng cho các công viên vƣờn hoa, nó vẫn giữ nguyên tính chắc chắn, tin cậy và giá thành). 1.5. NGUỒN CẤP CHO CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ 1.5.1.Tính toán tiết diện dây dẫn. Hình 1.6. Bố trí chiếu sáng trên đƣờng. 8 * Biểu thức điện áp rơi. sin .cos ILIRU Thực tế trong thiết bị chiếu sáng đã bù có cos gần bằng 0,85 ta tính gần đúng điện áp rơi trên đƣờng dây là: U = R.I Điện trở suất của dãy đồng hoặc dây nhôm cần tính khi nhiệt độ kim loại ở ruột cáp thƣờng bằng 650, cũng nhƣ tính đến các điện trở tiếp xúc. Do đó ta lấy: đồng = 22 /km/mm 2 nhôm 35 /km/mm 2 Trong mọi trƣờng hợp, giá trị điện áp rơi với các đèn ở cuối đƣờng dây không vƣợt quá 3% tức là 6,6V ở các đầu cực của đèn, nếu không quang thông giảm đi và trong trƣờng hợp một bộ phận lƣới bị hỏng có nguy cơ làm đèn không bật sáng đƣợc. * Điện áp rơi trên đƣờng trục. Với đƣờng dây một pha gồm n đèn giống nhau, khoảng cách giữa các đèn là 1 mỗi đèn tiêu thụ cùng dòng điện có trị số hiệu dụng I, các dòng điện đều cùng pha, dòng điện đầu đƣờng dây là I t = n .I Hình 1.7. Điện áp rơi trên đƣờng trục. Điện áp rơi trên từng đoạn là: s Inl U s Il U s lI U nn )1( 2, . 2 2,2 121 Do đó điện áp rơi trên đƣờng dây: 1 1 2 )1( 2 n Kse n n s lI UUU 9 Với chiều dài đƣờng dây L = (n-1).l, điện áp rơi 2 . 2 L s I U t điều đó đƣợc coi nhƣ tổng tải đƣợc đặt ở một nửa chiều dài đƣờng dây. Ta sẽ thấy lợi ích của việc bù cos của từng đèn mà không đặt một trạm bù vì cos khi không bù từ 0,4 đến 0,5 làm tăng dòng điện đƣờng dây lên gấp đôi. Nhận xét: Trƣờng hợp nguồn cung cấp là ba pha nối sao trong tính Y n , các đèn đƣợc nối vào các dây pha và dây trung tính, điện áp rơi từng pha phải đƣợc chia cho 2 vì không có dòng điện trong dây trung tính và điện áp rơi dây bằng: 2 3 L s I U t Kết quả này cũng đúng với lƣới hình tam giác, cho ta thấy lợi ích của mạch ba pha. * Các đƣờng trục có tiết diện khác nhau. Trong trƣờng hợp này sẽ kinh tế hơn nếu chọn tiết diện dây dẫn theo dòng điện chạy qua, đó là trƣờng hợp các đƣờng dây dài hoặc các lƣới phân nhánh. Do vậy vấn đề là tìm cách bố trí sao cho trọng lƣợng dây dẫn là nhỏ nhất mà sụt áp không quá 3%. Hình 1.8. Độ sụt áp trên đƣờng dây có tiết diện khác nhau. Sụt áp lớn nhất là: nnn IslIslV /( .)/( 111 (1) Khôi lƣợng kim loại là : [l 1 S 1 + l n S n ] (2) Với khối lƣợng kim loại và điện áp rơi đã cho, vi phân của 2 biểu thức này theo các tiết diện bằng không cho ta: 10 ndldsl s dS Il s ds Il nn n nn 0 . 11 2 1 2 1 1 11 Cân bằng từng thành phần ta đƣợc 1 1 I I sS K k (3) Do đó phƣơng trình (3) và (1) dẫn đến : AIIlIl U IS n (. 111111 (4) Từ đó Suy ra các giá trị tiết diện đƣờng dây. Trong thực tế ta chỉ chọn 2 hoặc 3 tiết diện dây khác nhau đối với mạch phân phối nối tiếp, ƣu điểm của phƣơng pháp này thể hiện rõ trong tính toán các mạch phân nhánh. 1.5.2. Các phƣơng pháp cung cấp. Khi công suất chiếu sáng đạt tới 30 kW nên sử dụng lƣới trung áp 3200/5500 V có máy biến áp cho các nhóm đèn. ƣu điểm chính của trung áp là: - Giảm tiết diện dây dẫn. - Tiêu thụ điện nhỏ hơn, giá tiền điện ở điện áp cao rẻ hơn. - Điện áp ổn định hơn làm tuổi thọ đèn tăng. - Hệ thống có điều khiển từ xa thống nhất. 1.5.2.1. Phân phối điện. Có thể tiến hành theo 3 cách: một pha 220V, ba pha Y n (sao trung tính) 220/380V, (tam giác) 220V. Bảng 1.2 Phân phối ba pha đối với một hệ thống chiếu sáng đã cho khi có cùng một sụt áp. Một pha 220V Y n 220/380V D 220V Số lƣợng dây dẫn 2 3 + 1 3 Dòng điện trên dây dẫn I I/3 I/ 3 Tiết diện dây dẫn tỷ lệ với m S V I 2 63 m S V I 23 m S V I Trọng lƣợng dây dẫn tỷ lệ 2S m 0,66S m 1,5 S m